CN113235396A - 一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构及施工方法，包括多个波形钢板和多个预制桥面板，所述波形钢板包括波形段和波形段两端的固定板，波形段呈竖向设置，波形段两端的固定板分别固定至新桥的翼缘板和旧桥的翼缘板上，多个波形钢板沿新桥和旧桥之间的接缝分布，预制桥面板放置于波形钢板上方，且夹持于新桥面板和旧桥面板之间。波形钢板在水平横向具有柔性，可实现一定的横向变形伸缩。当新桥发生收缩徐变时，其导致的新旧桥横向变形差可通过波形钢板的横向伸缩性进行耗散，由此可大幅减少该方向上的附加内力，从而有效缓解新旧桥横向变形差(收缩徐变所致)带来的影响。

Description

一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁改扩建技术领域，特别涉及一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构及施工方法。

背景技术

在桥梁改扩建中，新旧桥将通过一定的纵向接缝构造连接在一起，但由于新桥的收缩徐变以及基础沉降会对扩建后的桥梁产生较大影响，新旧桥之间的纵向接缝是两者之间重要的传力构件，其构造是否合理将直接影响桥梁的后续营运性能。由于新桥会有明显的收缩徐变现象(尤其在横向和纵向方向)，而旧桥的收缩徐变并不明显(大部分已完成)，这样会造成新旧桥早横向和纵向上的变形差，从而对桥梁整体的受力分布以及结构性能产生较大的影响。同时新桥在后期会产生竖向基础沉降，而旧桥的基础沉降已基本稳定，由此也会在新旧桥间产生竖向沉降差，导致新旧桥竖向受力差异，引起桥梁内力重分布。当这个竖向沉降差超过某个临界值时，会引起新旧桥之间接缝的开裂，导致桥面破坏继而影响交通。因此，作为新旧桥关键传力媒介的接缝构造设计显得尤为重要。

目前已有的接缝构造存在众多局限性，对新旧桥在三个方向变形差(收缩徐变导致的纵向和横向变形差以及基础沉降造成的竖向变形差)的处理上不尽合理。目前已有的改扩建桥梁在后期营运中因为接缝产生的问题层出不穷，如接缝开裂、桥面不平整、上部梁体横向偏移和纵向偏移、梁体偏移引起的支座受迫偏移、梁体倾斜等。

在桥梁改扩建中，首先从整体连接方式来看，新旧桥梁的连接方式主要有：上、下部结构均不连接，上、下部结构均连接，上部结构连接而下部结构不连接。这三种方法各有适用范围，目前比较主流的是上部结构连接而下部结构不连接，且其实际效果也较其他两种好。目前已有的上部结构连接方法又可进一步分为：(1)不连接方法；(2)铰接方法；(3)半刚性连接方法；(4)刚接方法。具体介绍如下：

(1)不连接方法

这种连接形式用的不多，其主要原理为：在新旧桥连接处设置沥青填充物、或纵向型钢包边、或桥面连续、或纵向伸缩缝，如图1，其中1为旧桥，2为新桥。

1997年的广佛高速的第一次扩建中采用了沥青填充物方式。采用这种方式，接缝在轮载的作用下极易出现啃边问题，同时新旧桥之间会有竖向挠度差，造成行车不顺畅。

为了解决啃边问题，2008年的广州北环高速改扩建采用的纵向型钢包边的方法。这种方法虽然可以有效解决啃边问题，但它只适用于刚性桥面，没有解决核心的新旧桥挠度差问题，且容易使桥上车辆打滑，造成交通事故。

采用桥面连续方法可解决啃边问题和行车打滑问题，但依旧无法避开新旧桥之间的挠度差问题，在后期营运中不可避免的会产生挠度差所致的桥面铺装开裂破坏问题，这使得其只适用于那些小跨度桥梁。2001年的银川黄河大桥改扩建工程便是采用了这种方式。

纵向伸缩缝布置方法可有效释放新旧桥之间的变形差，相比前面三种方法，其效果最好，但这种方法成本很高，且后期维护比较复杂。目前这种方法在国外较为常见，在国内由于成本问题而被较少地采用，南京新庄立交桥扩建曾采用这种纵向伸缩缝的形式。

新旧桥不连接的处理方式的目的主要在于保证新桥和旧桥各自单独受力，使得旧桥不受新桥收缩徐变、基础沉降带来的影响。从保证扩建桥整体结构受力性能的角度来看，这是有效的方法和理想的措施，但这种方法却无法保证桥面的连续性，存在着一系列局限性：接缝处容易被车辆荷载破坏，从而引起桥面渗水问题；桥面层很难保持连续和平顺，极大影响行车舒适性；后期维护工作强度大，成本较高。

(2)铰接方法

新旧桥之间的铰接方法是一种弱连接方式，其连接方式为：一般在纵桥向间隔性的在旧桥翼缘板处植入粗钢筋，翼缘底预埋橡胶条或木条，在接缝处浇筑湿接缝，如图2，其中1为旧桥，2为新桥，3为翼缘板，4为填塞木条，5为湿接缝，6为锯缝。该连接接缝并不传递弯矩，所以在计算荷载效应时按铰缝考虑。这种连接方法只有部分连接刚度，又称柔性连接，可有效释放新桥收缩徐变、基础沉降以后后期车辆荷载引起的变形差。这种铰接连接方法在沪杭甬高速公路改扩建工程中得到了应用。这种连接方式不适合用于刚性桥面层，只适合用于柔性桥面层。若采用防水混凝土铺装层，采用这种连接方式便失去了“铰”的作用，不建议使用。这种连接方式还有缺陷在于，其中的铰接构造会对后期运营的桥梁使用性能造成影响，容易造成接缝处的橡胶或木条脱落，进而影响行车环境，增加后期维养工作量。

(3)半刚接方法

半刚性连接通过在接缝处植筋以及接缝处浇筑混凝实现新旧桥连接，如图3，其中，1为翼缘板，2为桥面加强段，3为搭接钢筋，4为止水带，构造类似于刚接，连接强度介于铰接和刚接之间，与刚接不同之处在于其削弱了翼缘下部的连接刚度。其受力特征为：既能传递剪力又可传递部分弯矩，且能转动。采用这种连接构造，新旧桥基础沉降差引起的开裂风险能大幅减少，同时接缝处在后期运营中不易出现挠度差而影响行车舒适性。但这种构造也存在着一定局限性：首先，它的构造过于复杂，施工难度和成本大；其次它的受力特征整体上还是偏于刚性连接，无法释放新桥收缩徐变在纵横向引起的变形差，容易对扩建后整个桥梁受力性能造成不可忽略的影响。2002年的广佛高速公路改扩建工程采用了这种连接方式。

(4)刚接方法

相比铰接和半刚性连接，刚性连接方法不削弱任何新旧桥梁翼缘之间的连接，同时部分类型桥梁还会采取湿接横隔板的形式进一步加强横向连接，如图4，其中，1为翼缘板，2为横隔板，3为植筋，4为现浇湿接缝，5为桥面铺装层。这种连接方式避免了铰接中伸缩缝带来的高昂成本以及半刚性连接复杂构造带来的施工困难。刚性连接传递全部弯矩和剪力，保证了新旧桥协同一体受力进而确保了桥面平顺和行车舒适性。同时，刚性连接虽然保证了新旧桥协同受力，但也带来了受力不明确的问题，由收缩徐变、基础沉降引起的新旧桥变形差会形成附加内力，造成内力重分布，对扩建后的桥梁局部以及整体性能造成较大的不确定影响。而且连接处也受复杂的附加内力的影响，容易发生断裂破坏，而连接处一旦发生破坏，其维修难度和成本都将很大。国内目前比较推崇这种连接方式，有不少的工程应用，如沈大、沪宁、广佛高速公路的改扩建工程，但这种技术仍未成熟。

综上，一种合理的能有效控制新旧桥变形差的接缝连接构造显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，相比传统的具有复杂构造的半刚接法，这种构造方式设计巧妙而简单，成本低，且施工方便。

本发明的另一技术方案为：上述带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构的施工方法。

本发明的技术方案为：一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，包括多个波形钢板和多个预制桥面板，所述波形钢板包括波形段和波形段两端的固定板，波形段呈竖向设置，波形段两端的固定板分别固定至新桥的翼缘板和旧桥的翼缘板上，多个波形钢板沿新桥和旧桥之间的接缝分布，预制桥面板放置于波形钢板上方，且夹持于新桥面板和旧桥面板之间。

进一步，所述固定板上设有开孔，新桥的翼缘板和旧桥的翼缘板对应开孔设有孔洞，螺纹杆穿过开孔和孔洞，开孔和孔洞内填充环氧树脂粘接剂，螺纹杆的端部通过螺母和垫板固定。采用此种连接方式固定波形钢板，当后期营运阶段出现损伤时，可轻松实现拆解替换。

进一步，所述预制桥面板与新桥面板和旧桥面板之间分别设有割缝，割缝内填充沥青玛蹄脂。保证新桥面板和旧桥面板在纵横向有足够的移动空间。

进一步，所述割缝为8-12cm。

进一步，所述预制桥面板与预制桥面板之间通过横向湿接缝连接。

本发明的另一技术方案为：上述带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构的施工流程，包括以下步骤：

步骤S1：清理新桥桥面、旧桥桥面、新桥翼缘板和旧桥翼缘板，同时在工厂对桥面板进行预制加工；

步骤S2：根据新桥和旧桥的跨径和宽度，计算出波形钢板的纵向布置间距；

步骤S3：在新桥翼缘板和旧桥翼缘板上钻设孔洞，固定板上的开孔与孔洞对应，螺纹杆穿过开孔和孔洞，开孔和孔洞内填充环氧树脂粘接剂，螺纹杆的端部通过螺母和垫板固定，使波形钢板固定至新桥翼缘板和旧桥翼缘板之间；

步骤S4：将步骤S1中的预制桥面板进行拼装至新桥面板和旧桥面板之间，预制桥面板与预制桥面板之间通过横向湿接缝连接，预制桥面板与新桥面板和旧桥面板之间分别设有割缝，割缝处填充沥青玛蹄脂，完成新桥和旧桥的横向连接。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、波形钢板在水平横向具有柔性，可实现一定的横向变形伸缩。当新桥发生收缩徐变时，其导致的新旧桥横向变形差可通过波形钢板的横向伸缩性进行耗散，由此可大幅减少该方向上的附加内力，从而有效缓解新旧桥横向变形差(收缩徐变所致)带来的影响。

2、波形钢板在水平纵向同样具有柔性，可实现一定的纵向变形伸缩，可耗散掉收缩徐变所致的新旧桥纵向变形差，由此可大幅纵向的附加内力，并缓解新旧桥纵向变形差(收缩徐变所致)带来的影响。

3、波形钢板在竖向由于其波形的构造，和纵横向不同，它在竖向将具有较大的抗剪和抗弯能力，因此能保证在竖向具有足够刚度，使得新旧桥在竖向能达到刚接的效果，这样设计的目的在于可有效减少基础沉降引起的竖向挠度差，保证桥面层不易受竖剪破坏，从而确保桥面平顺，行车舒适。

4、相比传统的具有复杂构造的半刚接法，这种构造方式设计巧妙而简单，成本低，且施工方便。

附图说明

图1为现有技术中新旧桥不连接的结构示意图。

图2为现有技术中新旧桥铰接的结构示意图。

图3为现有技术中新旧桥半刚接的结构示意图。

图4为现有技术中新旧桥刚接的结构示意图。

图5为本发明的波形钢板的结构示意图。

图6为本发明的新旧桥接缝新型连接结构的透视图。

图7为本发明的新旧桥接缝新型连接结构的放大图。

图8为本发明的波形钢板与翼缘板的连接示意图。

波形钢板1、波形段11、固定板12、预制桥面板2、新桥3、新桥面板31、旧桥4、旧桥面板41、翼缘板5、沥青玛蹄脂6、湿接缝7。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图5、图6和图7所示，本实施例提供了一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，包括多个波形钢板1和多个预制桥面板2。

如图5和图8所示，波形钢板包括波形段11和波形段两端的固定板12，固定板为方形钢板，波形段呈竖向设置，波形段两端的固定板分别固定至新桥3的翼缘板5和旧桥4的翼缘板上，多个波形钢板沿新桥和旧桥之间的接缝分布，预制桥面板放置于波形钢板上方，且夹持于新桥面板和旧桥面板之间。

固定板上设有开孔，新桥的翼缘板和旧桥的翼缘板对应开孔设有孔洞，螺纹杆穿过开孔和孔洞，开孔和孔洞内填充环氧树脂粘接剂，螺纹杆的端部通过螺母和垫板固定。

如图6和图7所示，预制桥面板与新桥面板31和旧桥面板41之间分别设有8-12cm割缝，割缝内填充沥青玛蹄脂6，在本实施例中，割缝为10cm，预制桥面板与预制桥面板之间通过横向湿接缝7连接。

上述的带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构的施工流程，包括以下步骤：

步骤S1：清理新桥桥面、旧桥桥面、新桥翼缘板和旧桥翼缘板，同时在工厂对桥面板进行预制加工；

步骤S2：根据新桥和旧桥的跨径和宽度，计算出波形钢板的纵向布置间距；

步骤S3：在新桥翼缘板和旧桥翼缘板上钻设孔洞，固定板上的开孔与孔洞对应，螺纹杆穿过开孔和孔洞，开孔和孔洞内填充环氧树脂粘接剂，螺纹杆的端部通过螺母和垫板固定，使波形钢板固定至新桥翼缘板和旧桥翼缘板之间；

步骤S4：将步骤S1中的预制桥面板进行拼装至新桥面板和旧桥面板之间，预制桥面板与预制桥面板之间通过横向湿接缝连接，预制桥面板与新桥面板和旧桥面板之间分别设有割缝，割缝处填充沥青玛蹄脂，完成新桥和旧桥的横向连接。

本发明和不连接方法相比：已有的不连接方法主要是在新旧桥连接处设置沥青填充物、或纵向型钢包边、或桥面连续、或纵向伸缩缝。这种方法实现新桥和旧桥各自单独受力，使得旧桥不受新桥收缩徐变、基础沉降带来的影响。但这种方法没有认识到不同方向连接释放的差别，虽然释放纵横向连接是合理的，但其一并也把竖向连接也释放了，导致接缝容易被新旧桥间的竖向基础沉降差所破坏，导致桥面层很难保持连续和平顺，极大影响行车舒适性。相比这种不连接方法，本发明方法区别对待不同方向连接的作用，属于一种部分连接方法，巧妙利用了竖向波形钢板的受力变形特点，释放了纵横向的连接，以便将收缩徐变引起的纵横变形差耗散调，但实现了竖向的强刚度连接，保证了接缝不易被基础沉降差所破坏，从而保证了桥面平顺和行车舒适。

本发明和铰接方法相比：铰接方法通过在接缝处打湿接缝并预留填有柔性材料的竖向缝实现铰接(不传递弯矩，减少附加内力)。但这种连接方式不适合用于刚性桥面层，只适合用于柔性桥面层，同时和不连接方法一样，其接缝容易被新旧桥间的竖向基础沉降差所破坏，影响行车环境，还有其接缝处的橡胶或木条容易脱落导致其构造稳健性较差。再有，这种方法一旦发生破损，不易维养和更换。相比这种方法，本发明由于有竖向连接不易受竖向基础沉降差影响，适用于刚性和柔性桥面层，而且本发明构造简单和稳健，连接件可拆换，如果出现破损容易维护和更换。

本发明和半刚性连接方法相比：半刚性连接通过在接缝处植筋以及接缝处浇筑混凝实现新旧桥连接，但其削弱了翼缘下部的连接刚度，使之既能传递剪力又可传递部分弯矩，且能转动，可减少新旧桥基础沉降差引起的开裂风险。但这种构造整体上是偏于刚性连接，无法释放新桥收缩徐变在纵横向引起的变形差，容易对扩建后整个桥梁受力性能造成不可忽略的影响；其次这种方式构造较为复杂，需根据实际情况作出不同的构造设计调整，后期维护成本高。本发明方法能释放新桥收缩徐变在纵横向引起的变形差，且构造简单便于维护。

本发明和刚性连接方法相比：刚性连接方法不削弱任何新旧桥梁翼缘之间的连接，有时还会采取湿接横隔板的形式进一步加强横向连接。刚性连接传递全部弯矩和剪力，保证了新旧桥协同一体受力进而确保了桥面平顺和行车舒适性。但刚性连接同样无法无法释放新桥收缩徐变在纵横向引起的变形差，会在这两个方向造成不必要的附加内力，影响整个桥梁受力性能内力重分布，而且连接处也受复杂的附加内力的影响，容易发生断裂破坏，维修难度和成本大。本发明方法能有效耗散新桥收缩徐变在纵横向引起的变形差，避免了纵横向不必要的附加内力，保留了刚性连接在竖向刚接带来的优势，且构造简单便于维护。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (6)

1.一种带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，其特征在于，包括多个波形钢板和多个预制桥面板，所述波形钢板包括波形段和波形段两端的固定板，波形段呈竖向设置，波形段两端的固定板分别固定至新桥的翼缘板和旧桥的翼缘板上，多个波形钢板沿新桥和旧桥之间的接缝分布，预制桥面板放置于波形钢板上方，且夹持于新桥面板和旧桥面板之间。

2.根据权利要求1所述的带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，其特征在于，所述固定板上设有开孔，新桥的翼缘板和旧桥的翼缘板对应开孔设有孔洞，螺纹杆穿过开孔和孔洞，开孔和孔洞内填充环氧树脂粘接剂，螺纹杆的端部通过螺母和垫板固定。

3.根据权利要求1所述的带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，其特征在于，所述预制桥面板与新桥面板和旧桥面板之间分别设有割缝，割缝内填充沥青玛蹄脂。

4.根据权利要求3所述的带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，其特征在于，所述割缝为8-12cm。

5.根据权利要求1所述的带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构，其特征在于，所述预制桥面板与预制桥面板之间通过横向湿接缝连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的带翼缘板桥梁的新旧桥接缝新型连接结构的施工流程，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：清理新桥桥面、旧桥桥面、新桥翼缘板和旧桥翼缘板，同时在工厂对桥面板进行预制加工；

步骤S2：根据新桥和旧桥的跨径和宽度，计算出波形钢板的纵向布置间距；

步骤S3：在新桥翼缘板和旧桥翼缘板上钻设孔洞，固定板上的开孔与孔洞对应，螺纹杆穿过开孔和孔洞，开孔和孔洞内填充环氧树脂粘接剂，螺纹杆的端部通过螺母和垫板固定，使波形钢板固定至新桥翼缘板和旧桥翼缘板之间；

步骤S4：将步骤S1中的预制桥面板进行拼装至新桥面板和旧桥面板之间，预制桥面板与预制桥面板之间通过横向湿接缝连接，预制桥面板与新桥面板和旧桥面板之间分别设有割缝，割缝处填充沥青玛蹄脂，完成新桥和旧桥的横向连接。

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